選擇固態(tài)LiDAR還是機(jī)械LiDAR？

　　Velodyne在2000年代中期發(fā)明了現(xiàn)代3D(三維)LiDAR(激光雷達(dá))掃描儀。但近年來，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，Velodyne的設(shè)計(將64個激光器安裝于一個旋轉(zhuǎn)平臺)很快將被新一代固態(tài)LiDAR傳感器淘汰，這類固態(tài)傳感器僅使用單個固定激光器進(jìn)行場景掃描。

　　但是一家名為Ouster的創(chuàng)業(yè)公司正試圖挑戰(zhàn)這一觀點(diǎn)，正以極具競爭力的價格銷售類似Velodyne的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR。近期，我們有幸與Ouster首席執(zhí)行官Angus Pacala進(jìn)行了對話，他對旋轉(zhuǎn)式和固態(tài)LiDAR之間的優(yōu)劣權(quán)衡有著獨(dú)到的專業(yè)見解，因為Pacala之前曾是固態(tài)LiDAR最著名的創(chuàng)業(yè)公司——Quanergy的聯(lián)合創(chuàng)始人。

　　在我們的談話中，Pacala拒絕了評價其前任公司。但行動勝于雄辯。我們可以認(rèn)為，作為Quanergy的聯(lián)合創(chuàng)始人，Pacala肯定非常了解固態(tài)LiDAR技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。而當(dāng)他決定創(chuàng)建另一家LiDAR公司時，他決定不再做固態(tài)LiDAR，這或許能說明一些問題。

　　“固態(tài)LiDAR”實(shí)際上是一類涵蓋幾種非旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR設(shè)計的總稱。主要可分為三種技術(shù)方案：一種為MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))方案，采用微型MEMS掃描鏡來控制激光束;另一種，采用稱為光學(xué)相控陣的技術(shù)來控制激光束，而無需任何運(yùn)動部件;第三種，則被稱為泛光(Flash)成像LiDAR，無需光束轉(zhuǎn)向，只需一次閃光即可照明整個場景，再通過類似于數(shù)碼相機(jī)的二維陣列圖像傳感器探測返射回來的光線。

　　Pacala此前創(chuàng)辦的Quanergy雖然沒有詳細(xì)公開解釋其技術(shù)細(xì)節(jié)，但是根據(jù)報道判斷，該公司主要采用的是光學(xué)相控陣方案。

　　由于很微小或沒有移動部件，所有這三種設(shè)計方案都可能帶來更堅固、更經(jīng)濟(jì)的LiDAR傳感器。從長遠(yuǎn)來看，業(yè)內(nèi)倡導(dǎo)將幾乎所有的電子器件(包括激光器本身、光束控制電路、檢測器和運(yùn)算支持)都集成封裝在一起。因而，未來消費(fèi)類產(chǎn)品中的固態(tài)LiDAR很可能將不像旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR那樣，必須突兀地安裝在汽車頂部才能正常工作。

　　這在理論上聽起來不錯，Pacala在2012年聯(lián)合創(chuàng)立Quanergy公司時大概也是這么認(rèn)為的。但是，后來他顯然改變了想法，因為他的第二次LiDAR創(chuàng)業(yè)，采用了更傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR方案。

　　旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR有其獨(dú)特優(yōu)勢

　　Pacala指出了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR設(shè)計的幾大優(yōu)勢。其中，最明顯的優(yōu)勢是其360°視場。 我們可以在汽車頂部固定安裝一個激光雷達(dá)，從而360°地感知汽車周圍的情況。相比之下，固態(tài)LiDAR需要固定在某些適當(dāng)?shù)奈恢?例如車身前后方或四角)，視場角一般在120°或以內(nèi)。因此，自動駕駛汽車采用固態(tài)LiDAR傳感器，至少需要4臺才能達(dá)到跟旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR一樣的覆蓋范圍。

　　另一個不太明顯的優(yōu)勢是，人眼安全法規(guī)允許運(yùn)動的激光源發(fā)射比固定激光源更高的功率。

　　據(jù)Pacala介紹，所有1級安全系統(tǒng)的設(shè)計必須確保人員不眨眼直視激光設(shè)備數(shù)秒鐘，仍然不會受到傷害。

　　當(dāng)采用固態(tài)掃描單元時，如果人眼處于激光掃描器幾英寸的地方，可能會導(dǎo)致100%的激光射入眼內(nèi)。但是如果采用旋轉(zhuǎn)式LiDAR傳感器時，激光只集中于某個特定的方向，只有360°旋轉(zhuǎn)的一小部分。因此，旋轉(zhuǎn)式LiDAR可以為每個激光脈沖提供更高的功率，而不會造成眼睛損傷。這樣可以更容易地檢測到返射光，因此在可預(yù)見的未來，旋轉(zhuǎn)式LiDAR單元可能要比固態(tài)LiDAR單元具有更大的探測范圍優(yōu)勢。

　　上圖為谷歌早期的自動駕駛原型車。車頂有一個巨大的旋轉(zhuǎn)式LiDAR傳感器，前翼子板上有個黑色的雷達(dá)(共4個)，后輪上安裝有“車輪編碼器”，車內(nèi)還有視頻攝像頭。這款原型車裝配的各類傳感器總價高達(dá)15萬美元

　　同時，大部分領(lǐng)先的固態(tài)LiDAR設(shè)計，都面臨著“遠(yuǎn)距離探測”這個顯著的挑戰(zhàn)。

　　MEMS系統(tǒng)中的微型掃描鏡能投射的激光量有限。這使得遠(yuǎn)處物體反射激光束并被探測的難度很大。光學(xué)相控陣方案相對于其它技術(shù)，產(chǎn)生的光束發(fā)散性更大，因此很難兼顧長距離、高分辨率和寬視場。

　　而對于泛光成像LiDAR，每次發(fā)射的光線會散布在整個視場內(nèi)，這意味著只有一小部分激光會投射到某些特定點(diǎn)。此外，光電探測器陣列中的每個像素都必須非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。

　　“固態(tài)LiDAR方案挑戰(zhàn)很大，” Pacala表示。他提出，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式LiDAR技術(shù)擁有獨(dú)特的優(yōu)勢，在接下來的十年將繼續(xù)保持一定的市場地位，尤其是在高端市場。

　　據(jù)Pacala預(yù)測，絕大部分LiDAR系統(tǒng)將在未來十年逐步轉(zhuǎn)為固態(tài)方案，但是，仍將會有一些具有真正高性能和高價值的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR傳感器。

　　Pacala用硬盤市場做了一個有趣的比喻。15年前左右，固態(tài)存儲設(shè)備越來越受歡迎，特別是在移動設(shè)備中。然而，時至今日仍然有大量具有旋轉(zhuǎn)磁盤的傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器正在銷售。因為，這種設(shè)計提供了高容量和低成本的完美組合。

　　同樣，Pacala預(yù)計未來的低端激光雷達(dá)設(shè)備將大多采用固態(tài)設(shè)計，就像今天的大部分移動設(shè)備都采用固態(tài)存儲一樣。但對于要求最苛刻的應(yīng)用(包括自動駕駛汽車)，他預(yù)計高端旋轉(zhuǎn)LiDAR還將占據(jù)重要的市場位置，提供遠(yuǎn)距離、高分辨率和更寬廣的視野。

　　Ouster對Velodyne帶來了價格壓力

　　雖然Ouster采用了與Velodyne相同的基本技術(shù)方案，但Ouster提供了透明且激進(jìn)的定價方案，這可能會讓Velodyne略感頭疼。

　　64線OS-1在展會現(xiàn)場的實(shí)時演示

　　據(jù)麥姆斯咨詢此前報道，Ouster目前提供了三種LiDAR型號：一款低端的16線LiDAR傳感器OS-1，售價3500美元，一款64線OS-1版本，售價12000美元，以及一款探測距離更長的64線傳感器OS-2，售價24000美元。

　　那Velodyne的產(chǎn)品售價如何?Velodyne的16線LiDAR“傳感冰球”的售價為4000美元，這與Ouster的3500美元16線機(jī)型大致相當(dāng)。

　　就在去年12月，福布斯報道稱，Velodyne老款64線機(jī)型的售價仍然高達(dá)75000美元，僅比10年前的85000美元略有降幅。

　　當(dāng)Velodyne總裁Marta Hall被問及Velodyne的HDL-64E與64線OS-1的價格比較時，她回答道：“Velodyne的HDL-64E是十年前開發(fā)的產(chǎn)品，自那時起，Velodyne已經(jīng)做出了很多改進(jìn)。請將Ouster 的LiDAR產(chǎn)品跟Velodyne最新的128線LiDAR傳感器VLS-128比較才夠合理，VLS-128的批量定價將是12000美元或以下?！?/p>

　　的確，VLS-128比Ouster的OS-1擁有更驚人的參數(shù)規(guī)格。Velodyne這款高端LiDAR單元具有更大的探測范圍，比Ouster售價24000美元的OS-2更加吸引人。擁有一臺VLS-128的成本將是多少?Hall表示它目前“尚未定價銷售?！碑?dāng)然她也沒有明確表示大批量客戶現(xiàn)在是否可以拿到12000美元或更低的價格。

　　說到底，LiDAR單元的單價并不重要。所有這些LiDAR廠商的長期目標(biāo)，是以數(shù)千甚至數(shù)百萬臺為單位出售這些傳感器，用于消費(fèi)級車輛。批量采購LiDAR的汽車制造商，肯定能從單個價格中獲得很大折扣。

　　但是，像Ouster那樣公布立即交付的具體價格有助于建立信譽(yù)。我們相信Velodyne將會盡一切努力在未來的某個時間點(diǎn)，匹配Ouster打出的12000美元價格牌。但是，未來要做到這一點(diǎn)，與今天能夠做到這一點(diǎn)并不是一回事，不是嗎?

　　LiDAR創(chuàng)業(yè)公司Luminar首席執(zhí)行官Austin Russell對于LiDAR成本問題，也表示：“對于消費(fèi)級汽車來說，這類LiDAR系統(tǒng)的售價的確需要低至小幾千美元或以下”，并承諾價格對Luminar來說不是問題。聽Austin Russell的意思，Luminar的LiDAR傳感器似乎還沒有達(dá)到“小幾千美元”的價格目標(biāo)，目前實(shí)際上可能要比那個目標(biāo)數(shù)字更高。

　　總的來說，通過與Ouster首席執(zhí)行官Pacala的交流，使我對LiDAR成本很快能夠得到大幅降低持謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度。不過，價格確實(shí)正在下降，正如Velodyne今年宣布16線產(chǎn)品降價50%。如果你愿意接受探測范圍略小、分辨率更低的LiDAR解決方案，你可以找到售價幾千美元甚至幾百美元的LiDAR單元。

　　但是，市場上最好的LiDAR單元(可能也是唯一能真正支持全自動駕駛汽車的那些LiDAR單元)，仍然需要花費(fèi)數(shù)萬美元。

　　值得注意的是，另一個LiDAR技術(shù)主要競爭廠商Waymo。這家Alphabet(谷歌)子公司近十年一直在研究自動駕駛汽車，他們已經(jīng)從使用Velodyne的LiDAR系統(tǒng)轉(zhuǎn)為采用他們自己生產(chǎn)的LiDAR技術(shù)。

　　并且，該公司仍在使用相同的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械LiDAR方案，但據(jù)報道，Waymo已經(jīng)研究出如何將LiDAR單元的成本降低10倍。由于市場沒有公開Waymo的原始成本數(shù)據(jù)，因此無法判斷其產(chǎn)品的具體價格，但可以肯定的是，Waymo的LiDAR單元成本不會超過8500美元，并且有可能少于這個數(shù)字。

　　如果你不是一家像Waymo這樣的公司，那自己解決這個問題可能很困難。一款產(chǎn)品再復(fù)雜，只要產(chǎn)量上去了，價格自然會下降。目前，LiDAR傳感器的市場需求只是未來五到十年內(nèi)的一小部分，到了那時無人駕駛出租車公司將開始大舉擴(kuò)大車隊規(guī)模。隨著LiDAR生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，制造技術(shù)的不斷改進(jìn)以及規(guī)模經(jīng)濟(jì)所帶來的影響，LiDAR傳感器勢必會越來越便宜。